A purificação do alumínio fundido é uma das medidas para garantir produtos de liga de alumínio de alta qualidade e também o principal meio de melhorar a qualidade geral das ligas de alumínio. O efeito do refinamento do alumínio fundido exerce influência importante na formação de poros, cavidades de retração e inclusões, além de afetar diretamente as propriedades físicas e mecânicas das peças fundidas de liga de alumínio. Sem alumínio fundido de alta qualidade, mesmo que o processamento subsequente seja avançado, os defeitos sempre existirão no produto uma vez que ocorram, e peças fundidas de alta qualidade são difíceis de obter. Portanto, devemos prestar atenção aos gases e às inclusões no alumínio fundido e tomar medidas para removê-los.
Gás e inclusões no alumínio fundido
O gás presente no alumínio fundido é composto principalmente por hidrogênio (aproximadamente 80% a 90%), seguido por nitrogênio, oxigênio e monóxido de carbono. O hidrogênio é praticamente insolúvel no alumínio sólido, mas apresenta grande solubilidade na fase líquida. A solubilidade do hidrogênio na fase sólida é de 0,65 mL e de 0,034 mL por 100 g de alumínio fundido; ou seja, a diferença entre a solubilidade do hidrogênio nas fases sólida e líquida é de 19,1 vezes, e o teor normal de hidrogênio por 100 g de alumínio fundido é de 0,1 a 0,4 mL. Devido à diferença de solubilidade, o hidrogênio tende a escapar da massa fundida. Quando a pressão do hidrogênio é maior do que a tensão superficial e a pressão hidrostática, formam-se bolhas, o que, por sua vez, cria poros minúsculos na peça fundida. Portanto, na purificação da liga de alumínio fundida, o principal problema é que o teor de hidrogênio da liga de alumínio é relativamente alto. Normalmente, quando o teor de hidrogênio por 100 g de alumínio é de 0,1 a 0,2 mL, os requisitos de produção são atendidos. Para peças fundidas com requisitos especiais, o teor de hidrogênio por 100 g de alumínio deve ser inferior a 0,06 mL.
Inclusões são quaisquer sólidos e substâncias que não sejam líquidos acima da linha de liquidus. As impurezas não metálicas comuns no alumínio fundido incluem óxidos, nitretos, carbonetos, boretos, etc., a maioria dos quais existe na forma granular, e o tamanho típico das partículas está na faixa de 1 a 30 m. Exceto no caso da carga, se for o produto de uma reação química no processo de fusão. A espessura da película de óxido na superfície do alumínio é de 2 a 10 m, e aumenta para 200 m quando se aproxima do ponto de fusão. A película de óxido na superfície do líquido não só é mais espessa, como também sua estrutura se alterou. O lado voltado para o alumínio fundido é denso e exerce um efeito protetor sobre o alumínio fundido, enquanto a parte externa da película é porosa, apresentando pequenos orifícios com diâmetro de 5 a 10 m em seu interior, preenchidos com hidrogênio, ar e vapor de água. Se a película líquida for agitada no alumínio fundido, isso aumentará as impurezas e a presença de gás.
Além disso, alguns compostos intermetálicos primários indesejáveis, como o alumínio-zircônio, o alumínio-titânio etc., surgirão em fusões de ligas de alta composição. A liga de alumínio contendo ferro também forma uma fase Al-Fe rica em ferro, que é equivalente à Al-Si-Fe. A fase Al-Si-Fe é um composto em forma de agulha que danifica gravemente a matriz de alumínio e afeta suas propriedades mecânicas.
Existe uma forte interação entre as inclusões na liga de alumínio e o gás, e o teor de hidrogênio no alumínio fundido é fortemente afetado pelas inclusões. Quando o teor de inclusões é de 0,002% e 0,02%, o teor de hidrogênio correspondente é de 0,2 mL/100 gAl e 0,35 mL/100 gAl.
No caso de um mesmo teor de hidrogênio, quanto maior o teor de inclusões, maior será a taxa de poros minúsculos. Por outro lado, quando o teor de impurezas no alumínio fundido é muito baixo, o teor de hidrogênio também é muito baixo. Mesmo que o hidrogênio seja introduzido artificialmente, ele se precipitará automaticamente e retornará rapidamente ao seu teor original. Mesmo que exista uma pequena quantidade de inclusões, isso pode reduzir significativamente a concentração crítica de poros.
Por outro lado, na ausência de inclusões, a concentração crítica de hidrogênio necessária para a formação de poros pode chegar a 0,3 mL/100 g de Al. Portanto, a remoção de impurezas e de gás deve ser realizada simultaneamente, o que é igualmente importante.
Situação atual de purificação da liga de alumínio fundida Do ponto de vista tecnológico, o tratamento abrangente de purificação e refinamento de grãos do alumínio líquido constitui o problema fundamental para se obter alumínio de alta qualidade a partir da purificação de ligas de alumínio fundidas. De acordo com as diferentes etapas da produção, o tratamento de purificação do alumínio fundido pode ser dividido em tratamento no forno e tratamento fora do forno. O tratamento em forno de ligas de alumínio pode ser dividido em tecnologia de purificação por adsorção e tecnologia de purificação sem adsorção, de acordo com o mecanismo de purificação. A purificação pelo método de adsorção baseia-se principalmente no efeito de adsorção das inclusões oxidadas produzidas pelo agente refinador, e, ao mesmo tempo, remove as inclusões oxidadas e o hidrogênio ligado à superfície, a fim de purificar o alumínio fundido. A purificação sem adsorção baseia-se em outros efeitos físicos e químicos para alcançar o objetivo de purificar o alumínio fundido. O efeito de purificação do método de adsorção ocorre apenas na interface de adsorção, enquanto o efeito de purificação do método sem adsorção atua sobre todo o alumínio fundido ao mesmo tempo.